1.1 物体是由大量分子组成的（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第1节　物体是由大量分子组成的 物理观念 科学思维 科学探究 1.知道物体是由大量分子组成的。 2．掌握阿伏伽德罗常量，并会进行相关计算、估算。 1.分子的球形模型和立方体模型。 2．利用阿伏伽德罗常量这一桥梁估算分子的大小和质量。 　　分子间存在间隙的例证。 [对应学生用书P1] 一、分子的大小 1．分子：在热学范围内，由于分子、原子或离子遵循相同的热运动规律，故统称为分子。 2．分子的大小：分子大小的数量级为10－10 m。 二、阿伏伽德罗常量 1．定义：1 mol的任何物质都含有相同的粒子数，用NA表示。 2．数值：通常取NA＝6.02×1023 mol－1。 3．意义：阿伏伽德罗常量是一个重要的常数。它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子大小等微观物理量联系起来。 三、分子之间存在间隙 1．分子有间隙的例证 (1)液体分子：水和酒精混合后体积变小； (2)气体分子：气体很容易被压缩； (3)固体分子：加压后油从钢桶壁上渗出。 2．理想化模型 在估算分子大小时，将固体、液体分子看作紧密排列的小球。 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1．(物理与生活)如图所示，为扫描隧道显微镜和拍摄的水分子图像。请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)物体是由大量分子组成的，多数分子直径的数量级为10－10 m。(　　√　　) (2)任何物质在任何状态下的阿伏伽德罗常量相同。(　　√　　) (3)阿伏伽德罗常量是联系宏观量和微观量的桥梁。(　　√　　) (4)为了便于研究，我们通常把固体和液体分子看作球形。(　　√　　) (5)知道氧气的摩尔质量、氧气的密度及氧气分子的直径可以算出阿伏伽德罗常量。(　　×　　) 2．问题探究 (1)一根头发丝的直径约为50 μm，则头发丝的直径约为分子大小数量级的多少倍？ 提示：一根头发丝的直径约为分子直径的50万倍。 (2)大米和小米混合后体积减小、面包很容易被捏扁能否说明分子间有间隙？ 提示：不能。大米和小米混合体积减小说明大米和小米间有空隙，面包被捏扁说明面包间有空隙，不能说明分子间有间隙，分子间的间隙很小，肉眼无法观察。 [对应学生用书P2] 探究点一___阿伏伽德罗常量 如果我们把地球的大小与一个苹果的大小相比，那就相当于将直径为1 cm的球与分子相比。可见分子极其微小。 [问题设计] (1)我们曾经研究过物体的运动，那么，构成物体的微小分子会怎样运动呢？ (2)物理热学中所说的分子与化学中所说的分子有何不同？研究物体热运动性质和规律时的分子指的是什么？ 提示：(1)微小分子将会做无规则热运动。 (2)物理热学中所说的分子指的是：做热运动时遵从相同规律的微粒，包括组成物质的原子、离子或分子。而化学中讲的分子是：具有物质的化学性质的最小微粒。 1．分子 (1)化学中讲的分子是：具有物质的化学性质的最小微粒。 (2)物理热学中所说的分子指的是：做热运动时遵从相同规律的微粒，包括组成物质的原子、离子或分子。 2．NA的桥梁和纽带作用 (1)微观量和宏观量 物理量 物理意义 符号 微观量 分子体积 V0 分子直径 d 分子质量 m0 宏观量 物体体积 V 摩尔体积 Vmol 物体的质量 m 摩尔质量 Mmol 物体的密度 ρ (2)阿伏伽德罗常量是联系宏观世界和微观世界的一座桥梁。 阿伏伽德罗常量把摩尔质量M mol、摩尔体积V mol、物体的质量m、物体的体积V、物体的密度ρ等宏观量，跟单个分子的质量m0、单个分子的体积V0等微观量联系起来，如图所示。 其中密度ρ＝＝，但要切记对单个分子ρ＝是没有物理意义的。 3．常用的重要关系式 (1)分子的质量：m0＝。 (2)分子的体积：V0＝＝(适用于固体和液体)。 注意：对于气体分子只表示每个分子所占据的空间。 (3)质量为m的物体中所含有的分子数：N＝。 (4)体积为V的物体中所含有的分子数：N＝。 【例1】 一定量某种气体的质量为m，该气体的摩尔质量为M，摩尔体积为V，密度为ρ，每个分子的质量和体积分别为m0和V0，则阿伏伽德罗常量NA可表示为(　　) A．NA＝ B．NA＝ C．NA＝ D．NA＝ B　解析：由于气体分子间的距离较大，所以气体分子的体积V0远小于摩尔体积与阿伏伽德罗常量之比，即V0<，所以NA<，A错误；阿伏伽德罗常量等于气体的摩尔质量与气体分子质量之比，即NA＝＝，B正确，C错误；气体密度与单个分子体积的乘积不等于单个气体分子的质量，D错误。 [练1] 阿伏伽德罗常量是NA(mol－1)，铜的摩尔质量是 M(kg/mol)，铜的密度是ρ(kg/m3)，则下列说法正确的是(　　) A．1 m3铜中所含的原子数为 B．一个铜原子的质量是 C.一个铜原子所占的体积是 D．1 kg铜所含有的原子数目是ρNA B　解析：1 m3铜的质量为ρ(kg)，物质的量为(mol)，故原子个数为N＝×NA，A错误；铜的摩尔质量是M(kg/mol)，故一个铜原子的质量为m0＝，B正确；1 m3铜中所含的原子数为，故一个铜原子所占的体积是V0＝＝，C错误；1 kg铜的物质的量为(mol)，故含有的原子数目为×NA＝，D错误。 探究点二___分子的简化模型 观察模型，回答下面问题。 [问题设计] (1)固体、液体怎样建立分子模型？ (2)气体怎样建立分子模型？ 提示：(1)固体、液体分子可以看作球形，分子体积V0＝πr3，分子直径d＝2r，则d＝。 (2)气体分子占据的空间可以看作正方体，每个分子占据的体积为V0，则分子之间平均距离d＝。 1．分子的简化模型 实际分子的结构是很复杂的，且形状各异。但如果我们只关心分子的大小，而不涉及分子内部的结构和运动时，既可以把分子看成球形，也可以看成立方体。 2．不同状态的分子模型 (1)固体和液体分子模型：对于固体和液体，可认为分子紧密排列，分子间没有空隙，则VA＝NAV0(V0为一个分子的体积，VA为摩尔体积)。 ①球形分子模型：如图a所示，则直径 d＝＝。 ②立方体分子模型：认为每个分子占据一个相同的立方体空间，该立方体的边长即为分子间的平均距离，边长d＝，如图b所示。 (2)气体分子模型：对于气体来说，由于气体分子间的距离远大于气体分子的直径，故通过立方体分子模型(不采用球形分子模型)，可以估算得到每个气体分子平均占有的空间，而无法得到每个气体分子的实际体积。设每个气体分子占据的空间可看成一个边长为d、体积为V的正方体。气体分子间距离l＝d＝＝，如图c所示。(图中黑点代表气体分子所在的位置) 【例2】 (2023·河北邢台高二统考期中)某一体积为V的密封容器，充入密度为ρ、摩尔质量为M的理想气体，阿伏伽德罗常量为NA。求： (1)该容器中气体分子的总个数； (2)分子中心间的平均距离； (3)现将这部分气体压缩成液体，体积变为V0，分子直径大小。(将液体分子视为球体模型) 答案：(1)NA　(2)　(3) 解析：(1)气体的质量 m＝ρV 气体分子的总个数 N＝nNA＝NA＝NA。 (2)气体的摩尔体积 V mol＝ 每个气体分子平均占有的空间体积 V1＝＝ 设气体分子间平均距离为a，则有 V1＝a3， 则a＝＝ 分子中心间的平均距离为。 (3)该部分气体压缩成液体，分子个数不变，设每个液体分子的体积为V2，则 N＝ 又V2＝πr3，联立解得 d＝2r＝。 [练2] 金刚石俗称“金刚钻”，也就是我们常说的钻石，它是一种由纯碳组成的矿物，也是自然界中最坚硬的物质。已知金刚石的密度ρ＝4560 kg/m3，碳原子的摩尔质量为1.2×10－2 kg/mol，现有一块体积V＝5.7×10－8 m3的金刚石，阿伏伽德罗常量为6.02×1023 mol－1(保留2位有效数字)。 (1)它含有多少个碳原子？ (2)假如金刚石中碳原子是紧密地堆在一起的，把金刚石中的碳原子看成球体，试估算碳原子的直径。 答案：(1)1.3×1022个　(2)2.0×10－10 m 解析：(1)金刚石的质量 m＝ρV＝4560×5.7×10－8 kg＝2.6×10－4 kg 摩尔数为 n＝＝2.17×10－2 mol 碳原子数为 N＝nNA＝2.17×10－2×6.02×1023≈1.3×1022个。 (2)一个碳原子的体积为 V0＝＝m3≈4.4×10－30m3 把金刚石中的碳原子看成球体，则由公式 V0＝d3 代入数据可得碳原子直径为 d≈2.0×10－10m。 [对应学生用书P4] 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．分子是保持物质化学性质的最小微粒 B．物质是由大量分子组成的 C．本节所说的“分子”，只包含化学中的分子，不包含原子和离子 D．无论是有机物质，还是无机物质，分子大小数量级都是10－10 m AB　解析：保持物质化学性质的最小微粒是分子；在研究物质化学性质时，认为组成物质的微粒有分子、原子和离子，但在热学中，我们研究的是粒子的运动和相互作用规律，就不必区分微粒在化学变化中起的不同作用，因此化学中的分子、原子、离子在这里统称为“分子”，即物质是由大量分子组成的；除了一些有机物质的大分子外，多数分子大小数量级为10－10 m，AB正确。 2．(2023·甘肃天水高二期中)分子直径的数量级为(　　) A．10－10 m B．10－12 m C．10－26 m D．10－31 m A　解析：分子直径的数量级为10－10 m，A正确，B、C、D错误。 3．下列事实中，能说明分子间有空隙的是(　　) A．用瓶子装满一瓶砂糖，反复抖动后总体积减小 B．手捏面包，体积减小 C．水很容易渗入沙土中 D．水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和 D　解析：水和酒精混合后的总体积小于二者原来的体积之和，说明分子间有空隙，D正确；用瓶子装满一瓶砂糖，反复抖动后总体积减小；手捏面包，体积减小；水很容易渗入沙土中，这些都说明颗粒间有间隔，不是分子间有间隔，A、B、C错误。 4．(多选)钻石是首饰和高强度钻头、刻刀等工具中的重要材料，设钻石的密度为ρ(单位为kg/m3)，摩尔质量为M(单位为g/mol)，阿伏伽德罗常量为NA。已知1克拉＝0.2克，则(　　) A．a克拉钻石所含有的分子数为 B．a克拉钻石所含有的分子数为 C．每个钻石分子直径的表达式为(单位为m) D．每个钻石分子直径的表达式为(单位为m) AC　解析：a克拉钻石物质的量(摩尔数)为 n＝，所含分子数为N＝nNA＝，A正确，B错误；钻石的摩尔体积V＝(单位为m3/mol)，每个钻石分子体积为V0＝＝(单位为m3)，将钻石分子看作球体，设钻石分子直径为d，则V0＝3，联立解得d＝(单位为m)，C正确，D错误。 5．食盐晶体由钠离子和氯离子组成，其晶体结构可以用图示表示，图中相邻离子的中心用线连起来组成一个个大小相等的正立方体。已知食盐的密度为ρ，摩尔质量为M，阿伏伽德罗常量为NA，晶体中正方体数目为钠离子数的2倍。求： (1)食盐晶体的摩尔体积Vm； (2)相邻的钠离子与氯离子之间的平均距离D。 答案：(1)　(2) 解析：(1)食盐晶体的摩尔体积 Vm＝。 (2)相邻离子组成正立方体体积 V0＝ 则相邻的钠离子与氯离子之间的平均距离 a＝＝。 [课时梯级训练(1)见P137] 学科网（北京）股份有限公司 $$